1.
Introducción
2. Isótopos
3. Centrales
Nucleares
4. Seguridad Nuclear
5. Tipos De Reactores
Nucleares
6. Usos De La Energía
Atómica
7.
Pacíficos
8.
Medicina
La energía es la capacidad que tiene un cuerpo
para producir trabajo. La cantidad de energía que
contienen los cuerpos se mide por al cantidad de trabajo que
puede llegar a realizar.
La energía
nuclear es aquella que se libera como resultado de cualquier
reacción nuclear. Puede obtenerse bien por fisión
(división de núcleo pesados) o por fusión
(unión de núcleos atómicos
livianos)
En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad
de energía debido a que parte de la masa de las
partículas involucradas en el proceso, se
transforma directamente en energía. Lo anterior se puede
explicar basándose en la relación
masa-energía producto de la
genialidad del físico Albert
Einstein.
En términos de producción de electricidad, la
única diferencia entre las centrales de energía
nuclear y las convencionales es la manera de generar el vapor
para activar las turbinas: sencillamente, el horno de
carbón o derivados del petróleo
se sustituye por un reactor nuclear. Sin embargo, esto supone la
creación de todo una industria
específica.
Un Poco De Historia
La radiación
está presente desde el origen del Universo, hace
aproximadamente 20000 millones de años, ya que intervino
en la gran explosión: Big Bang. Es así, que la
radiactividad existía en nuestro planeta mucho antes que
la aparición de la vida sobre el mismo, todo organismo
vivo contiene vestigios de sustancias radioactivas. Pero hace
menos de un siglo que la humanidad descubrió éste
fenómeno gracias a científicos como Henri
Becquerel, Wilhelm Röentgen y Marie y Pierre Curie entre
otros.
En 1945 se puede decir que comenzó
trágicamente la "Era nuclear" con la caída de las
primeras bombas
atómicas en las ciudades de Hiroshima y Nagasaki. A partir
de allí la certeza de que las bombas nucleares
podrían acabar con nuestra civilización afecta a
las decisiones políticas
y la actitud hacia
la guerra. Pero
afortunadamente el hombre ha
logrado el uso pacífico de esta energía como, por
ejemplo, en la medicina.
En la década de los 70, hubo una gran crisis
energética originada por la escasez del petróleo.
Esto promovió la construcción de las primeras centrales
nucleares del mundo, teniendo por combustible el Uranio, evitando
así, tener que depender del petróleo, y de los
países exportadores, dado que con las reservas de Uranio,
se puede seguir produciendo energía mediante este, durante
cientos de años. Actualmente, existen aproximadamente 450
reactores nucleares en el mundo, que generan aproximadamente el
16% del total de la energía mundial generada. España
construyó su primera central nuclear en 1968 (C.N.
José Cabrera) con una potencia de 160
MegaWatios. También cuenta con nueve reactores nucleares,
distribuidos en siete centrales nucleares
españolas.
¿Qué es la radiactividad?
Defínase la radiactividad como la propiedad que
poseen algunos actividad como la propiedad que
poseen algunos minerales de
emitir espontáneamente partículas alfa o beta, o
rayos gamma, al desintegrarse lo núcleos inestables (o
radiactivos) de sus átomos.
¿Por qué ocurre la
radiactividad?
En este sentido se repasa la simbología que se
acostumbra para referirse a los diferentes átomos de cada
elemento químico, muy útil en química nuclear. (Ver
tabla
periódica de los elementos).
Por ejemplo, 23892U representa un isótopo de
uranio con número atómico 92 y número de
masa 238. A este se le llama U-238
El isótopo es una de las variedades de un
átomo,
que tiene el mismo número atómico, constituyendo el
mismo elemento, pero que difieren en su número de
masa.
El número atómico es equivalente al
número de protones en el núcleo, y el número
de masa es la suma de protones y neutrones del
núcleo.
Los isótopos del un mismo elemento, sólo
difieren entre ellos en el número de neutrones que
contienen.
Isótopos de hidrógeno y carbono
En la naturaleza se
encuentran dos isótopos de hidrógeno, el
hidrógeno normal o ligero y el hidrógeno pesado
(deuterio). El tercer isótopo, el tritio, es radiactivo,
con una vida media de 12,26 años. Aunque el tritio se
conoce sobre todo por su papel en la
fusión
nuclear, también se usa como trazador para estudiar
reacciones biológicas. El carbono tiene
tres isótopos naturales: el carbono 12
constituye el 98,89% del carbono natural y sirve de patrón
para la escala de masas
atómicas; el carbono 13 es el único isótopo
magnético del carbono, y se usa en estudios estructurales
de compuestos que contienen este elemento; el carbono 14,
producido por el bombardeo de nitrógeno con rayos
cósmicos, es radiactivo (con una vida media de 5.760
años) y se emplea para datar objetos
arqueológicos.
Radioisótopos
Los radioisótopos son isótopos inestables,
o radiactivos, y emiten radiación espontáneamente.
Muchos radioisótopos son producidos bombardeando blancos
apropiados con neutrones, hoy fácilmente obtenibles dentro
de reactores atómicos.
La radiactividad es un proceso
prácticamente inafectado por cualquiera de los factores,
tales como temperaturas o presión,
empleados para regular la velocidad de
las reacciones
químicas.
Cesio 137 (Cs137): Es un elemento metálico
químicamente reactivo, blanco y blando. Es un metal
alcalino.
Fue descubierto en 180 por el químico
alemán Robert Wilhelm Bunsen y el físico
alemán Gustav Robert Kirchhoff.
El Cs ocupa el lugar 64 en abundancia natural entre los
elementos de la corteza terrestre. Se puede encontrar mayormente
en un mineral poco frecuente llamado pólux. Las menas de
pólux de Elba, en Italia, contienen
34% de óxido de cesio, mientras que las del Condado de
Maine y Dakota del Sur en USA contienen 13% de óxido. El
cesio también se puede encontrar en la lepidolita,
carnalita y algunos feldepastos. Se extrae separando el compuesto
de cesio mineral, transformando el compuesto obtenido en cianuro
y realizando electrólisis de cianuro.
Como el potasio, el cesio se oxida fácilmente
cuando se le expone al aire, y se usa
para extraer oxígeno
residual de los tubos de vacío.
El Cs emite más energía que el radio y se usa en
investigaciones medicinales e industriales, por
ejemplo como isótopo trazador.
Tiene una vida media de 30 años, se incorpora a
la cadena alimentaria y penetra en el organismo humano. Se
dispersa por todo el cuerpo, irradiándolo. Sin embargo,
sólo permanece en el organismo unos pocos
meses.
Uranio 235 (U235): Después del descubrimiento de
la fusión nuclear, el uranio se convirtió en un
metal estratégico. Al principio, su uso estaba restringido
ala producción de armas nucleares.
En 1954, se lo empezó a utilizar enriquecido con el
isótopo 235 para el desarrollo de
plantas
nucleares. Sus aplicaciones fueron discutidas en las Conferencias
de la Utilización Pacífica de la Energía
Atómica de 1955, 1958 y 1964, celebradas en Ginebra,
Suiza.
Cobalto 60 (Co60): Es uno de los isótopos que se
utiliza en la medicina. Fue un
complemento muy importante de los Rayos X empleados
en la clínica y también de las fuentes
naturales de radiaciones, radio y
radiomensorio. Presenta sobre estos últimos un cierto
número de ventajas: el cobalto radiactivo pede ser
obtenido en la cantidad necesaria para los fines
terapéuticos y es barato y fácil de manejar, porque
no produce sustancias gaseosas de
desintegración.
Yodo 131 (I131): El yodo es un elemento trazador muy
versátil y se utiliza para determinar volumen
sanguíneo, rendimiento cardíaco, volumen de
plasma, actividad hepática, metabolismo de
lípidos,
metástasis cancerosa tiroidea, tumores cerebrales y el
tamaño, configuración y actividad de la
tiroides.
Tiene una vida muy corta (vida media, ocho días),
es una de las fuentes
potencialmente importantes de exposición
interna a las radiaciones, debido a que se concentra en la
glándula tiroides. Poco tiempo
después de un accidente o explosión nuclear, la
hierba contaminada con I131 es consumida por las vacas; el
isótopo aparece rápidamente en la leche. Debido
a que la leche suele
consumirse pocos días después de su
producción, la gente puede consumir cantidades
significativas de I131 sin darse cuenta. Otros alimentos suelen
consumirse transcurrido un intervalo más largo, por lo que
la radiactividad ha disminuido apreciablemente. Cuando se
acumulan cantidades significativas de yodo radiactivo en el
tiroides, se produce un aumento en la incidencia del
cáncer de tiroides; hasta la fecha, los niveles acumulados
debido a la lluvia radiactiva son demasiado bajos, o la
exposición a ellos demasiado reciente, como para que se
detecte tal efecto.
Carbono 14 (C14): El carbono -14 se produce de manera
continua en la atmósfera, cuando
neutrones de alta energía del espacio, chocan contra el
nitrógeno –14, como se ilustra en la siguiente
reacción.
También se produce por la activación de
los átomos de nitrógeno del aire durante las
detonaciones nucleares.
El carbono -14 artificial, que está actualmente
en circulación por la Tierra,
alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente
el 1% de la abundancia total natural. Durante los últimos
siete años, el hombre lo ha
producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante
del proceso natural, mediante el cual se forma por la
acción de los neutrones de los rayos cósmicos. La
mayoría está todavía en la atmósfera combinado
en dióxido de carbono. En los organismos vivientes se ha
elevado el contenido de carbono 14, hasta el 10% por encima de lo
normal, esta situación puede confundir a los futuros
arqueólogos.
Tiene una vida media de 5.760 años.
Fusión
La fusión nuclear está actualmente en
líneas de investigación, debido a que todavía
no es un proceso viable, ya que se invierte mas energía
para que se produzca la fusión que la energía
obtenida mediante éste método.
La fusión ocurre cuando dos núcleos muy
livianos se unen, formando un núcleo atómico
más pesado con mayor estabilidad.
La energía necesaria para lograr la unión
de los núcleos se puede obtener utilizando energía
térmica o bien utilizando aceleradores de
partículas. Ambos métodos
buscan que la velocidad de
las partículas aumente para así vencer las fuerzas
de repulsión electrostáticas generadas al momento
de la colisión necesaria para la fusión.
Para la fusión nuclear se necesitan deuterio y
tritio (isótopos del hidrógeno) que tienen un
neutrón cada uno, además de uno y dos protones
respectivamente.
Si la energía de fusión llega a ser
practicable, ofrecería las siguientes ventajas:
- Una fuente ilimitada de combustible, el deuterio
procedente de los océanos. - Imposibilidad de un accidente en el reactor, ya que
la cantidad de combustible en el sistema es muy
pequeña. - Residuos mucho menos radiactivos y más
sencillos de manejar que los procedentes de sistemas de
fisión.
Pero para alcanzar la fusión nuclear útil
se presentan algunos problemas
como:
- Calentar el gas a
temperaturas tan altas. - Confinar una cantidad suficiente de núcleos
durante un tiempo lo
bastante largo para permitir la liberación de una
energía mayor que la necesaria para calentar y confinar
el gas.
Fisión
La materia
está compuesta por átomos, cada uno de los cuales
está formado por un núcleo central y una serie de
electrones que giran alrededor del mismo. El núcleo
está compuesto por protones y neutrones, siendo el
número de protones igual al de electrones.
El núcleo de un tipo apropiado de átomo
tiene la habilidad de capturar y absorber neutrones. El
núcleo resultante es a veces sumamente inestable y sufre
un cambio
espontáneo (la fisión) dividiéndose en otros
núcleos más livianos, con desprendimiento de
neutrones, que se separan a velocidades elevadas,
abriéndose paso a través de las partículas
que los rodean hasta que pierden su velocidad, convirtiendo su
energía cinética en energía
térmica.
Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar
su energía cinética, se encuentran en condiciones
de fisionar otros núcleos pesados produciendo una
Reacción Nuclear en Cadena.
El proceso de la fisión permite el funcionamiento
de los Reactores Nucleares que actualmente operan en el
mundo.
En las centrales nucleares, el proceso que se controla
es el final, ya que en ellas se genera energía en forma
lenta, pues de lo contrario, el reactor se convertiría en
una bomba atómica, debido a que la mayor parte de
energía se libera al final.
El proceso es el siguiente:
Las barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235 se
introducen en el reactor y comienza un proceso de fisión.
En el proceso se desprende energía en forma de calor. Este
calor calienta
unas tuberías de agua, y
ésta se convierte en vapor que pasa por unas turbinas
haciéndolas girar. Estas, a su vez, giran un generador
eléctrico de una determinada potencia,
generando así electricidad, al
igual que con una dinamo de bicicleta, solo que éstas
turbinas y el generador son más grandes. De ésta
manera no se aprovecha toda la energía obtenida en la
fisión, y se pierde parte de ella en calor, resistencia de
los conductores, vaporización del agua, etc. Los
neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante
unas barras de control, que al
introducirse absorben neutrones y se disminuye el número
de fisiones, con lo cual, dependiendo de cuantas barras de
control se
introduzcan, se generara mas o menos energía. Normalmente
se introducen las barras de tal forma que solo se produzca un
neutrón por reacción de fisión, controlando,
de ésta forma, el proceso de fisión. Si todas las
barras de control son introducidas, se absorben todos los
neutrones, con lo cual se pararía el reactor. El reactor
se refrigera para que no se caliente demasiado y funda las
protecciones, convirtiéndose en una bomba atómica,
incluso cuando este esté parado, ya que la
radiación hace que el reactor permanezca
caliente.
Las centrales nucleares utilizan la energía
liberada en los procesos de
fisión nuclear para producir electricidad.
Hay 443 centrales nucleares en el mundo.
En España hay
7 centrales: Almaraz, Ascó, Cofrentes, José
Cabrera, Santa María de Garoña, Trillo y
Vandellòs II, que produce cada año, más de
7.000 millones de kilovatios hora.
Hay 443 centrales nucleares en el mundo.
En la Argentina hay 3.
Atucha I, Embalse y Atucha II (en construcción).
Cuando nuestro país inició su plan de
energía nuclear, debió elegir entre dos
tecnologías: la de uranio enriquecido y la de uranio
natural. Para ello se compararon los siguientes puntos de
vista:
El reactor de agua a presión con uranio
enriquecido implica:
- Menor inversión específica de
capital - Costos de producción más
bajos - Mayor sencillez constructiva, al utilizar agua
liviana como refrigerante y moderador.
En cambio, el
reactor de agua pesada a presión con uranio natural
implica:
- Autonomía en el abastecimiento de combustible,
al usar directamente el uranio natural, existente en grandes
cantidades en el país y elaborado
localmente. - Ahorro de divisas durante todo el período de
servicio, al
no requerirse la importación del combustible. - Mayor índice de disponibilidad, al realizarse
el recambio de los elementos combustibles en servicio.
Existen otras consideraciones, que hacen más
complejo el análisis de las ventajas de uno y otro
sistema, pero
evidentemente en el casa de la Argentina, ha
privado el aspecto de la no obtención del combustible y la
posibilidad de desarrollar la tecnología necesaria
para la producción del agua pesada y, al mismo tiempo,
desarrollar la ingeniería de proyecto y
construcción, para incrementar la participación
nacional hasta el 85%, que es aceptado aún por
países como Francia y
Alemania.
Central Nuclear Atucha I
La central nuclear Atucha I, primera en su género en
Latinoamérica, se encuentra sobre la rivera
derecha del río Paraná de las Palmas, cerca de la
localidad de Lima (Partido el Zárate) y a poco más
de 100 Km. de Capital
Federal.
Su potencia eléctrica es de 360 Megavatios, que
se entrega con una tensión de 220 Kilovatios al sistema
argentino de interconexión.
En este siglo el hombre ha
descubierto una nueva fuente de energía: La energía
nuclear, más accesible por su bajo costo. Todos los
países se han esforzado porque su uso sea pacífico,
y como consecuencia de este trabajo conjunto, se han desarrollado
centrales nucleares para la producción de energía
eléctrica. Gracias a este esfuerzo que se
inició a principio de los años cincuenta, la
humanidad consiguió una nueva fuente de energía
prácticamente ilimitada, que le permite hacerle frente a
los problemas que
están planteando los combustibles convencionales,
reduciendo su utilización a los fines para los que
resultan insustituibles y evitando su consumo en la
producción de energía
eléctrica.
En 1952, arrancó el primer reactor comercias de
fisión, sucediéndose de cientas de construcciones
acumulándose una experiencia de cientos de años de
funcionamiento de un reactor. Estas centrales producen
energía de una forma confiable, segura y
económica.
Las investigaciones
para lograr energía de fusión se vienen realizando
en los países más desarrollados, pero aún no
se la considera una solución inmediata para el problema
energética.
Atucha I
Precauciones En El Manejo De Material
Radiactivo
La vasta experiencia que ha adquirido la industria
nuclear en el uso de sustancias radioactivas, ha permitido a
ésta conocer plenamente los peligros que entraña.
Un blindaje y una contención apropiados evitarán la
fuga de radiaciones. La clara comprensión de los principios de
protección radiológica y el
conocimiento exhaustivo de las propiedades de la
radiación que posee la industria nuclear le permiten
diseñar, construir y explotar sus plantas
manteniendo en un mínimo la exposición a las
radiaciones que afecta a los trabajadores y el público, de
conformidad con las directrices internacionales. La vigilancia
periódica de los trabajadores de la industria nuclear y de
su ambiente de
trabajo garantiza, que no se rebasen estos niveles.
Medio Ambiente
La población cercana a la central. Recibe como
máximo 1 dosis de radiación que corresponda
sólo a una pequeña fracción del
límite máximo que se admite en general.
Desde el punto de vista de la protección del
medioambiente, las centrales nucleares siempre han estado regidas
por un estricto control reglamentario contempla todas y cada una
de las fases que componen el ciclo del combustible, así
como la protección de los trabajadores de la central, el
público en general y el desmantelamiento de la central, al
final de su vida útil.
El origen del riesgo en las
centrales nucleares se encuentra en la presencia y posible escape
de las radiaciones y productos
radiactivos producidos en el núcleo del
reactor.
Por este motivo, la seguridad nuclear
consiste en diseñar, construir y operar las centrales
nucleares para obtener de forma segura la producción de
energía eléctrica, sin que ello suponga un riesgo superior
al tolerable para la población y para los trabajadores de la
central. Dados los reglamento bajos (salvo desastres nucleares
como Chernobyl o TMI, en los que las víctimas fatales no
fueron demasiadas)
En la República Argentina la responsabilidad recae en el ente nacional
regulador nuclear (ENREN). Este organismo es totalmente
independiente de las instalaciones nucleares nacionales, ya que
depende del poder
ejecutivo nacional.
En caso de no cumplirse la reglamentación la
central será cerrada. Hay inspectores que mantienen
informado al ENREN. Además la WANO (Asociación
mundial de operadores nucleares) realiza periódicamente
revisiones técnicas.
La central Atucha I, con sus 22 años de
operación se dirige como modelo de lo
que se puede hacer.
Lluvia Radiactiva
La lluvia radiactiva, consiste en la exposición
de partículas radiactivas, liberadas en la
atmósfera por explosiones nucleares o escapes de
instalaciones y centrales nucleares, sobre la superficie de la
Tierra. El
interés
de la opinión
pública se ha centrado sobre todo en los efectos de la
lluvia radiactiva desde el periodo de las pruebas
nucleares atmosféricas a gran escala realizadas
en las décadas de 1950 y comienzos de la de 1960. Se
hicieron alegatos sobre sus efectos dañinos durante muchos
años, pero hasta 1984 no se adoptó una
decisión trascendental, cuando un juez federal de Utah
dictaminó que 10 personas habían enfermado de
cáncer debido a la negligencia del gobierno en lo
referente a la exposición de los ciudadanos a la lluvia
radiactiva en aquel estado. En
1985 el Tribunal de apelación de pensiones de Inglaterra y
Gales llegó a una conclusión similar en el caso de
un veterano de las pruebas
nucleares británicas en las islas Christmas durante la
década de 1950.
Desde la firma del tratado de limitación de
pruebas nucleares en 1963, los niveles de lluvia radiactiva han
disminuido en todo el mundo. El accidente nuclear de Chernobyl
produjo cierta cantidad de lluvia radiactiva.
El material del que se compone la lluvia radiactiva se
produce por fisión nuclear y por la activación del
suelo, el
aire, el agua y
otros materiales del
lugar de la detonación.
Si la potencia de la explosión es suficiente como
para introducir residuos de la bomba en la estratosfera, muchas
de las partículas pequeñas permanecen en ella, y
quedan sometidas a la acción de los vientos
estratosféricos. La lluvia producida en este caso recibe
el nombre de lluvia atómica estratosférica o
global. Dado que en la estratosfera no existen precipitaciones,
estas partículas permanecen en suspensión durante
considerables períodos. Se dispersan horizontalmente, por
lo que algunas partículas, tras haber dado varias vueltas
al planeta, acaban distribuidas por toda la estratosfera. La
mezcla vertical, sobre todo en las regiones polares en invierno y
a comienzos de la primavera, devuelve el material a la
troposfera, donde se comporta como la lluvia radiactiva
troposférica.
Las partículas producidas por la fisión de
átomos de uranio o plutonio y los materiales
activados por los neutrones constituyen unos 300 isótopos
radiactivos diferentes. Cada radioisótopo se caracteriza
por su vida media, o sea, el tiempo necesario para que la mitad
de la materia
radiactiva se desintegre espontáneamente. En el plazo de
una hora tras la explosión, la mayor parte de las
sustancias de vida muy corta, es decir aquellas cuya vida media
se mide en segundos y minutos, se desintegran, y la radiactividad
total producida por la bomba disminuye en un factor superior a
cien.
Transcurrida la primera hora, la radiactividad remanente
se disipa a un ritmo cada vez menor. Los productos de
vida más larga de la fisión son los que producen la
mayor parte de la radiactividad residual. Unos pocos productos de
la fisión tienen una vida muy larga; el
radioisótopo estroncio 90 (símbolo 90Sr),
también llamado radio estroncio, tiene una vida media de
28 años. Estas partículas de vida larga son la
causa del riesgo radiactivo a largo plazo.
Los radioisótopos de vida larga, como el 90Sr, no
se desintegran apreciablemente durante el tiempo que permanecen
en la estratosfera, y por tanto, pueden seguir siendo un riesgo
potencial durante muchos años, sobre todo a través
de los alimentos
contaminados y destinados al consumo
humano.
Los efectos a largo plazo de la lluvia radiactiva puede
producir mutaciones, es decir, cambios en las células
reproductoras que transmiten las características heredadas de una
generación a la otra. Casi todas las mutaciones inducidas
por las radiaciones son dañinas, y sus efectos nocivos
persisten en sucesivas generaciones.
El riesgo que representaría la lluvia radiactiva
en una guerra nuclear
sería mucho más serio que en una prueba nuclear.
Habría que considerar los efectos letales inmediatos,
así como los efectos a largo plazo. Los estudios de este
tipo han llevado a la construcción de refugios nucleares
como parte de los planes de defensa civil. Se están
desarrollando sistemas para
descontaminar el agua,
la tierra y
los alimentos con el fin de combatir los posibles efectos de la
lluvia radiactiva durante y después de un ataque nuclear.
Muchas investigaciones independientes, no obstante, sugieren que
incluso aunque algunos seres humanos sobrevivieran a una guerra
nuclear a gran escala y al probable invierno nuclear,
probablemente serían estériles.
El creciente empleo de la
energía nuclear como fuente de energía plantea
ciertos problemas relacionados con el control de los riesgos
radiactivos. Los productos de la fisión controlada
empleada en los reactores son peligrosos para el medio ambiente
si se liberan en grandes cantidades, como ocurrió en
Chernobyl en 1986. En caso de producirse un accidente en una
central con liberación de residuos radiactivos, la
tierra
podría quedar contaminada en muchos kilómetros a la
redonda. Para impedir esto, los ingenieros nucleares
diseñan los sistemas intentando minimizar el riesgo de
fugas accidentales.
4. Seguridad
Nuclear
Funcionamiento
Circuito primario: En las centrales térmicas
convencionales, el combustible (gas, petróleo,
carbón) se quema para calentar el agua y convertirla en
vapor. El vapor a presión es consecuencia de la
fisión nuclear. El agua se mueve impulsada por una bomba
fuera de la vasija hacia los tubos del generador de vapor donde
parte del calor pasa a otro circuito secundario y retorna a la
vasija para volver a calentarse.
Circuito moderador: El agua pesada se utiliza para
reducir la velocidad de los neutrones (fisión nuclear) a
través de choques capaces de extraerles energía sin
absorberlos. Además extrae parte del calor generado por la
fisión. El agua del moderador se mueve impulsada por una
bomba hacia un intercambiador de calor donde cede su calor al
circuito secundario para retornar a la vasija
nuevamente.
Circuito secundario: Este circuito de agua común
desmineralizada recoge el calor cedido por el agua de los
circuitos
anteriores, vaporizándose en el generador de vapor. Este
vapor cede su energía a los alabes de la turbina, que a su
vez hace girar el generador eléctrico produciendo
energía, enfriándose y perdiendo presión
para entrar en el condensador. Aquí se convierte en agua
que es recogida por bombas e impulsada al generador de vapor. El
agua del circuito secundario no se mezcla con el agua pesada de
los circuitos
primario y moderador.
Circuito de refrigeración: Para la condensación
del vapor de la turbina se emplea agua del río
Paraná de las Palmas. Esta agua es impulsada por tres
bombas a los tubos del condensador, desde donde retorna al
río, pasando por la turbina hidráulica.
Reactores De Energía Nuclear
Tipo de reactores
La combinación de las diferentes posibilidades
que ofrecen los distintos materiales que componen el reactor,
daría lugar a una variedad muy grande de tipos de
reactores. Sin embargo, en la práctica existe un
número limitado y entre los cuales vamos a mencionar los
más difundidos.
Antes, es conveniente hacer algunas consideraciones
acerca del combustible utilizado en los reactores.
Combustible Nuclear
El uranio natural está compuesto por 0,7% de U235
y 99,3% de U238. O sea, que el elemento radiactivo (uranio
natural) constituye un ínfima parte. Como consecuencia,
para poder mantener
la reacción en cadena debe usarse como moderador un
material poco absorbente de neutrones, condición que
solamente cumple el agua pesada. A fin de usar otros moderadores
(agua liviana, grafito) es necesario incrementar la
proporción de U235, lo que se logra mediante el
"enriquecimiento" del uranio natural. Éste es un procedimiento muy
complejo y costoso que solamente dominan muy poco países,
incluyendo el nuestro.
Para que su utilización sea más
fácil, el uranio es convertido a bióxido (U02) para
su utilización en la fabricación del combustible
nuclear.
Los elementos de combustible se conforman en haces de
varillas, cada una se compone de un tubo de Zircaloy
(aleación de zirconio), de aproximadamente 1 cm de
diámetro, en cuyo interior se alojan pastillas de
óxido de uranio, dejando en un extremo un espacio
vacío, para la expansión de los componentes gaseoso
de los residuos de la reacción.
El agujero situado en el extremo más alejado de
la cavidad azul es el núcleo de un reactor atómico.
El tubo largo del centro del núcleo es el conjunto de
combustible, que consiste en un haz de tubos metálicos
llenos de uranio. Esta fotografía
se tomó mientras se retiraba el conjunto.
5. Tipos De Reactores
Nucleares
De acuerdo a las diferentes combinaciones de
combustible, refrigerante, moderador, etc, se podría
diseñar una gran variedad de tipos de reactores. Pero por
distintas razones tecnológicas, el grupo se
reduce notablemente. A continuación describiremos los
más comunes:
Reactor de agua en ebullición: Ha sido
desarrollado principalmente en Estados Unidos,
Suecia y Alemania.
Utiliza agua natural purificada como moderador y refrigerante.
Como combustible dispone de Uranio-238 enriquecido con
Uranio-235, el cual como se sabe, facilita la generación
de fisiones nucleares.
El calor generado por la reacciones en cadena se utiliza
para hacer hervir el agua. El vapor producido se introduce en una
turbina que acciona un generador eléctrico. El vapor que
sale de la turbina pasa por un condensador, donde es transformado
nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al
reactor al ser impulsada por un bomba adecuada.
Reactor de agua presurizada: Es ampliamente utilizado en
Estados
Unidos, Alemania, Francia y
Japón.
El refrigerante es agua a gran presión. El moderador puede
ser agua o bien grafito. Su combustible también es
Uranio-238 enriquecido con Uranio-235. El reactor se basa en el
principio de que el agua sometida a grandes presiones puede
evaporarse sin llegar al punto de ebullición, es decir a
temperaturas mayores de 100 °C. El vapor se produce a unos
600 °C, el cual pasa a un intercambiador de calor donde es
enfriado y condensado para volver en forma líquida al
reactor. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuito
secundario de agua. El agua del circuito secundario, producto del
calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona
un generador eléctrico.
Reactor refrigerado por gas: El uso del gas como
refrigerante, permite alcanzar temperaturas superiores a las
alcanzadas en los reactores refrigerados por agua, lo que permite
lograr un mejor rendimiento.
De modo similar al caso del agua presurizada, el gas
impulsado por un ventilador, circula por un intercambiador de
calor, donde evapora el agua. Dado que los gases
empleados no absorben excesiva radioactividad, el generador de
vapor puede ser excluido de la protección
biológica.
Como moderador se utiliza grafito y como refrigerante
anhídrido carbónico o helio. Este tipo de reactor
fue ampliamente empleado en los primeros reactores europeos,
especialmente en Inglaterra y
Francia.
Reactor refrigerado por aire: Funciona de manera similar
al anterior, con la diferencia que el aire trabaja en circuito
abierto, debiendo ser filtrado a la salida a la atmósfera,
para evitar la contaminación
ambiental. Puedo utilizar uranio natural como
combustible.
Reactor de agua pesada presurizada: Es el tipo de
reactor adoptado por nuestro país y desarrollado
principalmente por Canadá. También fue adoptado por
India y Corea
del Sur. Se bada en el uso del agua pesado como moderador y como
refrigerador.
Este tipo de reactor permite el uso de uranio natural
como combustible. En lo demás funciona como el reactor de
agua presurizada. Dada la baja reserva de radiactividad, es
necesario realizar el cambio de elementos de combustibles con el
reactor en servicio, lo cual por otra parte los hace más
seguros desde
el punto de vista de una eventual pérdida de
control.
Atucha I y Embalse tienen este reactor.
Reactor sodio-grafito: A fin de lograr mejores
rendimientos en base a la elevación de la temperatura
del refrigerante, se ha ensayado el uso del sodio líquido
como refrigerante, que como es muy radioactivo obliga a utilizar
un intercambiador de calor adicional, PATRA transferir el calor a
un fluido intermedio, que luego evapora el agua en un segundo
intercambiador.
Seguridad En Los Reactores Nucleares
Sistemas de Control
Básicamente está constituido por las
barras de control y por diversa instrumentación de monitoreo. Las barras de
control son accionadas por una serie de sistemas
mecánicos, eléctricos u electrónicos, de tal
manera de asegurar con rapidez la extinción de las
reacciones nucleares.
La instrumentación de monitoreo se ubica en el
interior o en el exterior del núcleo del reactor y su
finalidad es mantener constante vigilancia de aquellos
parámetros necesarios para la seguridad: presión,
temperatura,
nivel de radiación, etc
Sistema de Contención
Constituido por una serie de barreras múltiples
que impiden el escape de la radiación y de los productos
radiactivos. La primera barrera, en cierto tipo de reactores, es
un material cerámico que recubre el Uranio utilizado como
elemento combustible. La segunda barrera es la estructura que
contiene al Uranio, es decir, se trata de las barras de
combustible.
La tercera barrera es la vasija que contiene el
núcleo del reactor. En los reactores de potencia se
denomina vasija de presión y se construye de un acero especial
con un revestimiento interior de acero
inoxidable.
La cuarta barrera la constituye el edificio que alberga
al reactor en su conjunto. Se conoce con el nombre de "Edificio
de Contención" y se construye de hormigón armado
de, a lo menos, 90 cm de espesor. Se utiliza para prevenir
posibles escapes de productos radiactivos al exterior, resistir
fuertes impactos internos o externos, soportar grandes
variaciones de presión y mantener una ligera depresión
en su interior que asegure una entrada constante de aire desde el
exterior, de tal forma de evitar cualquier escape de material
activado.
¿Podría repetirse en Atucha la historia de
Chernobyl?
En Chernobyl, cuando advirtió el peligro, el
operador no pudo detener la excursión de potencia en
marcha. El reactor RBMK siniestrado tenían 28 barras de
seguridad, de las 222 de control; tardaban 20 segundos en ser
insertadas y 10 segundos en hacer sentir su efecto. En las
centrales argentinas ese número es similar, 28 para el
CANDU 600 (Cadmio) y 29 para Atucha I (Hafnio); pero, tardan en
insertarse 2 segundos y su efecto se hace sentir al
segundo.
Por otro lado, tanto en Embalse como en Atucha existe el
sistema de inyección de venenos solubles para la parada de
emergencia (Gadolinio en el CANDU y Boro en Atucha).
En aquel RBMK el sistema de seguridad era el mismo
sistema de regulación, con 5 niveles de
seguridad.
En Atucha I se tiene el sistema de regulación, el
sistema de parada de barras y el sistema de inyección de
Boro. Los tres son independientes, con su lógica
y sus detectores asociados.
En Embalse se opera con un sistemas de
regulación, otro asociado para bajar la potencia al 20 %
(4 barras), el de parada 1 (28 barras) y el de parada 2
(inyección de Gadolinio). Los cuatro son también
independientes entre sí, pudiendo cada uno detener al
reactor en caso de funcionamiento anormal.
Tanto en Atucha como para Embalse, la probabilidad de
falla simultánea de todos los sistemas es de uno en
millones.
Por otro lado, el moderador de los RBMK es Grafito,
mientras que nuestras centrales utilizan Agua Pesada. Aquí
no puede ocurrir la reacción explosiva que se dio en
Chernobyl, del grafito con el aire y el agua. Sí, en
cambio, se podría dar una liberación de
hidrógeno en el improbable caso de que los sistemas de
seguridad fallaran. Pero, sería improbable la
formación de hidrógeno en cantidad suficiente como
para estallar, debido, principalmente, al gran volumen que poseen
nuestras centrales para su expansión (Embalse 50000 m3,
contra 100 m3 del Chernobyl), lo que baja automáticamente
su presión. Aparte, la atmósfera tiene condiciones
reductoras, para prever un caso de esta naturaleza.
Finalmente, el RBMK 1000 de Chernobyl poseía una
contención parcial, en la parte inferior, que
incluía una pileta para condensación en el caso de
eventual pérdida de vapor. En Atucha todas las
instalaciones críticas están dentro de dos
edificios concéntricos, poderoso sistema de
contención, una esfera de acero y una de
hormigón.
El RBMK 1000 hubiese requerido un edificio de
contención mas robusto que los de Atucha I y
Embalse.
La seguridad nuclear se basa en evitar que se produzcan
escapes incontrolados de sustancias radiactivas, lo cual es
necesario para proteger a los operadores de la central y al
público en general. Por esta razón las pastillas de
uranio (primera barrera), de una cerámica especial altamente resistente, que
es donde se produce la fisión nuclear, se introducen en
vainas herméticas (segunda barrera). Estas vainas,
conformando un Elemento Combustible, se introducen dentro de una
vasija, que junto al circuito primario-moderador forman la
tercera barrera; la vasija va dentro de un gran muro de
hormigón armado, que constituye el blindaje
biológico y permite que trabajen los operadores sin
peligro alguno (cuarta barrera).
La vasija y el blindaje biológico van dentro de
una esfera de acero que los envuelve (quinta barrera). Esta a su
vez, es rodeada de un edificio de hormigón armado con
paredes de más de medio metro de espesor, que constituye
un nuevo blindaje biológico (sexta barrera, y es una
defensa física
capaz de soportar los mayores impactos del exterior).
Tan importante como tener una buena selección
del sitio, un diseño
óptimo y una construcción perfecta, es que, la
operación de la instalación sea segura, lo cual se
logra con personal
altamente calificado.
Uno de los rasgos distintivos de las plantas nucleares
en cuanto a la seguridad, está dado por la "redundancia de
equipos". Lo que indica que para cumplir una determinada función de
seguridad, si son necesarios 2 equipos, las centrales cuentan con
3 ó 4 de ellos dependiendo de la función que deban
cumplir.
Además están diseñadas con
"criterios de diversidad". Esto se refiere a tener distintos
tipos de medición de una misma señal o
distintos fabricantes, para evitar fallas de modo común,
es decir que involucren a más de un componente a la vez.
Por último también tratando de evitar este tipo de
fallas (Ej.: incendios),
que impliquen la pérdida de equipos que cumplen una misma
función, se encuentren físicamente separados unos
de otros.
¿Qué sucedió exactamente en
Chernobyl, por qué ocurrió y qué impacto
ecológico causó?
El accidente ocurrido en la madrugada del 26 de abril de
1986 consistió, básicamente, en una
conjunción de fallas humanas y de diseño
de la planta. Se originó en una serie de pruebas que, con
el fin de mejorar la seguridad, se iniciaron en el reactor. La
idea era verificar que la inercia de una turbina era suficiente,
si se producía una interrupción abrupta de la
alimentación eléctrica, para que los
generadores mantuvieran en funcionamiento al sistema de refrigeración hasta que arrancasen los
generadores diesel de emergencia.
En los reactores "occidentales" esta eventualidad
está prevista en el diseño del reactor,
admitiéndose una demora de hasta 30 segundos de los diesel
que deben cubrir la falla. Por aquí, este tipo de pruebas
está prohibido o se encuentra estrictamente
reglamentado.
En la unidad 4 de la Central de Chernobyl, se
intentó ese experimento después de haberlo
realizado, con éxito,
en la unidad número 3. Para llevarlo a cabo, era necesario
llevar el reactor a un 30 % de su potencia de funcionamiento
(3200 MW térmicos).
El 25 de abril, a la 01:00 se comenzó a bajar
potencia y a las 13:00 hs el reactor ya estaba funcionando a un
50 % de potencia, cuando se desconectó una de las dos
turbinas. En ese punto, las autoridades del sistema pidieron que
se lo mantuviera por necesidades de la red eléctrica. La
central quedó esperando la autorización para
iniciar la experiencia, cosa que ocurrió a las
23:00.
A las 23:10 se bajó la potencia del reactor. Por
un error de operación (PRIMER ERROR) la potencia se
bajó a un 1 %, provocando la condensación del vapor
presente en el núcleo. Como el agua absorbe más
neutrones que el vapor, esto introdujo reactividad
negativa.
Si la "reactividad" es cero la reacción en el
núcleo se auto sostiene y la población
neutrónica se mantiene constante; entonces, se dice que el
reactor está crítico. Si es positiva la
población neutrónica crece y, por lo tanto, la
potencia del núcleo aumenta. Si es negativa la
población neutrónica disminuye y el reactor tiende
a apagarse. Adicionalmente – al bajar la potencia del reactor –
la concentración de Xe131 subió, introduciendo un
fuerte aporte negativo adicional de reactividad. Es un "producto
de fisión" que actúa como gran absorbente de
neutrones. Esta situación produjo preocupación en
los operadores, ya que el reactor se apagaba inexorablemente.
Entonces, decidieron extraer todas las barras de control del
núcleo, algo que no estaba permitido por los manuales de
operación (SEGUNDO ERROR). Fue posible porque el
diseño no contemplaba el enclavamiento del
mecanismo.
Con el reactor operando prácticamente sin barras,
se alcanzó un 7 % de potencia, en un estado de alta
inestabilidad. (Las barras de control absorben los neutrones
excedentes, manteniendo al reactor estable o crítico. Su
remoción introduce reactividad positiva).
El reactor poseía un sistema automático de
control de caudal por los canales. Al trabajar a tan baja
potencia, el sistema hubiese tendido a la parada. Para evitarlo,
los operadores desconectaron el sistema de parada por caudal e
iniciaron el control manual del mismo
(TERCER ERROR). Nuevamente, la falta de enclavamientos
permitió esta maniobra.
En ese momento, todo el refrigerante estaba condensado
en el núcleo. A las 1:23:04 del 26 de abril de 1986, se
decidió desconectar la turbina de la línea de
vapor, para iniciar la prueba. Para poder hacerlo,
los operadores tuvieron que hacer lo propio con otros sistemas de
emergencia (CUARTO ERROR).
Al desconectar la turbina, las bombas comenzaron a
alimentarse por la tensión provista por el generador
durante su frenado inercial. La tensión fue menor y las
bombas trabajaron a menor velocidad. Entonces, se formaron
burbujas de vapor en el núcleo, insertando una
altísima reactividad y, por lo tanto, un brusco incremento
de potencia.
A la 1:23:40 el operador quiso introducir las barras de
corte. Pero, ya era tarde! Para ese entonces, el reactor ya
estaba a varias veces su potencia nominal.
La presión en los tubos subió
rápidamente, provocando su ruptura. Estallaron, levantando
el blindaje de la parte superior del núcleo.
Algunos fragmentos de combustible y grafito en llamas
fueron lanzados hacia afuera, cayendo sobre el techo de turbinas
adyacentes, causando una treintena de incendios.
Para las 5:00, los bomberos habían apagado a la
mayoría de ellos, con un terrible costo en vidas
por la sobre exposición.
Luego de fracasar en su intento de inundar al
núcleo, los soviéticos decidieron cubrirlo con
materiales absorbentes de neutrones y rayos gamma (plomo,
sustancias boradas, arena, arcilla, dolomita). Del 28 de abril al
2 de mayo, se dedicaron a hacerlo desde helicópteros.
Cavaron un túnel por debajo de la central, para introducir
un piso de hormigón y evitar la contaminación de las napas de agua
subterránea. Así consiguieron que cesaran las
grandes emisiones de material radiactivo.
El reactor fue finalmente recubierto con un
"sarcófago" de hormigón, que provee un blindaje
suficiente como para trabajar en los alrededores. Para evacuar el
calor residual, se instalaron ventiladores y filtros.
La consecuencia inmediata del accidentes fue
la muerte de
31 personas, 2 por la explosión y 29 a causa de la
radiación. Todas formaban parte del personal de la
planta.
Muchas hectáreas de campo quedaron inutilizadas
por la deposición de material radiactivo. Teniendo en
cuenta las dosis recibidas por los 135.000 habitantes de los
alrededores, los modelos
matemáticos predicen un incremento de menos del uno por
ciento sobre la tasa normal de cáncer (20 %) en el
área.
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